巴西机器人专家为何迁至西弗吉尼亚从事机器人研究
2019年某中心研究奖获得者吉列尔梅·佩雷拉正在研究提升机器人自主工作能力的方法。
当吉列尔梅·A·S·佩雷拉于2018年从祖国巴西来到西弗吉尼亚大学时，他专注于一个长期的使命：将他在新创建的“野外与空中机器人实验室”中的原型机器人概念转化为现实，以解决实际而复杂的商业挑战。在佩雷拉的指导下，该实验室正在研究地面和空中机器人在未知和非结构化环境中运行时所面临的基本挑战。
在巴西米纳斯吉拉斯联邦大学任教电气工程和计算机科学15年后，佩雷拉对机器人的热情将他带到了摩根敦。西弗吉尼亚大学机械与航空航天工程系正将机器人技术视为一个战略增长领域。在那里，作为一名副教授，他将有机会通过解决自主机器人在自然世界中与人类协同工作时出现的一些基本障碍来推动该领域的发展。
对佩雷拉来说，摩根敦是他一生工作的理想落脚点。他成长于巴西东南部的山区米纳斯吉拉斯。作为一名年轻学生，他对技术着迷，选修了电子课程并摆弄计算机。他在本科阶段对机器人产生了浓厚兴趣，并加入了一个机器人俱乐部，为比赛创造足球机器人。在完成机器人学硕士学位后，他投身于该领域。
用机器人帮助人们
在巴西大学任教期间，佩雷拉于2015年前往匹兹堡卡内基梅隆大学机器人研究所做访问学者。正是在那里，他决定是时候永久移居美国了。西弗吉尼亚大学在机器人领域有几个空缺职位，当西弗吉尼亚大学机械与航空航天工程系为他提供一个职位时，他欣然接受。
在西弗吉尼亚，佩雷拉发现了一个等待进行的实地实验场。
该州以其煤炭开采业闻名，每年还开采1000万吨石灰石。佩雷拉指出，这些矿山规模更大，而且可能比煤矿更危险。大型卡车在矿山内移动，支撑天花板和墙壁的支柱必须定期检查裂缝和其他可能导致坍塌的损坏。
佩雷拉和他的学生创建了一个由地面机器人车辆与无人机相连的原型，来处理这些危险任务。
佩雷拉指出，考虑到安全问题，在某些情况下机器人是更好的选择。他的团队已经与一些矿业公司以及大学的采矿部门联系，希望将其原型转化为工作模型。
此外，西弗吉尼亚近80%的土地被森林覆盖，虽然与西部美国森林相比火灾威胁较少，但入侵性昆虫和植物造成了重大问题。该团队正在创建一个能够绕过令人生畏的树木和灌木丛迷宫的自主机器人无人机原型。让机器人巡检无人机在森林中穿梭，搜寻有害的昆虫和植物是一个目标，但这需要在动态环境中拥有完美的导航技术。通过仿真，该实验室专注于尝试指定无人机机器人的轨迹，使其能够在森林或矿山内部安全导航，避开障碍物和人员。
自主机器人的兴起
自主移动机器人已经在从制造到运输和配送的工业应用中占据了重要地位。这些机器人需要频繁的人机交互，以便对其进行编程以适应不断变化的环境，并保持充电和运行。简而言之，设计一种让机器人自主工作的方法是一项艰巨的挑战。
“让机器人在没有人工指令的情况下工作数天、数周或数年，是我们关心的问题，”佩雷拉说。“问题在于，对于一个长期工作（比如连续数天）的机器人来说，环境会发生变化。经过数年，环境的变化会更大。在森林里，植物和树木会生长，有季节变化，有时下雪，有时阳光明媚，有时下雨。在室内，家具会被移动，人们会走动，甚至其他机器人也会成为障碍物。
“例如，如果机器人识别出一把椅子和一张桌子，它会知道自己在餐厅里。如果环境改变了，机器人将很难定位自己并弄清楚状况。”
佩雷拉指出了两个需要关注的关键领域。为了让机器人在森林、矿山或人们生活和工作的任何变化环境中长时间自主工作，它们必须能够即时适应。为了做到这一点，必须实时处理海量数据，这在机器人本地进行计算量太大。因此，佩雷拉决定将他的研究重点放在并行和云计算上，特别是地图构建和运动规划，作为构建此类机器人的蓝图。
通过利用拥有丰富内存和处理能力的云，可以从数据流中对变化环境的地图进行预处理，并传输给工作中的机器人。而且，使用新的运动规划算法来规划机器人运动的计算，可以与机器人基于CUDA的机载计算机并行进行，速度要快得多。CUDA是一种廉价的并行计算平台和应用程序编程接口。
“我们正在尝试做的事情之一是获取环境数据，并进行非常非常快速的处理，以便机器人能够检测并避开障碍物，”佩雷拉解释道。
某中心研究奖
2019年，佩雷拉因其“长期机器人学的并行与云计算”研究获得了某中心研究奖。这笔资金支持了他的研究，并允许他增加一名博士生来帮助启动该项目。该奖项还向他的实验室介绍了某中心网络服务，使他的项目成为其团队中第一个有效应用云计算的项目。
佩雷拉与某中心网络服务的高级机器人解决方案架构师Vamshi Konduri密切合作。Konduri的团队提供解决方案和服务，帮助客户构建具备关键智能、数据/视频处理和分析等功能的机器人。
“吉列尔梅在研究中所提出的策略需要将机器人连接到云、处理数据并利用智能计算能力的工具，所有这些，某中心网络服务都能凭借我们提供的广泛而深入的服务来满足，”Konduri说。
Konduri对佩雷拉的努力印象深刻。“他具有前瞻性思维，研究想法既实用又前沿，”Konduri说。“他正在利用云计算等其他领域的进展和趋势。”
佩雷拉欣然接受了他工作中看到的未来挑战。“我最终希望看到的是机器人与人类紧密合作，一起工作，”佩雷拉说。“这在目前很难做到。”
“巨大的挑战是让这些机器人变得智能，使人们在它们附近是安全的，并且机器人实际上能帮助人们，”他说。“我设想有机器人农夫、为某中心工作的送货机器人、你可以信任它们在人群中移动的机器人。我所做的一切都是为了拥有机器人，不是为了取代人，而是增强人类的能力，帮助人们完成那些机器人比人类做得更好的重复性任务。”
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